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一.Linux网络内核
1.1 网络内核文件
1.2 网络协议栈
1.3 sk_buff结构 1.4 inet_protosw结构
二.软中断
2.1 什么是软中断
2.2 核心数据结构
软中断守护程序
软中断映射表
2.3软中断使用方法
示例代码 一.Linux网络内核 Linux内核的网络子系统是一个复杂而庞大的系统负责处理各种网络相关的任务包括网络协议栈、网络设备驱动、网络协议实现等。 1.1 网络内核文件 网络内核文件结构 /usr/src/3.2.0-45 这样的目录路径通常表示的是某个软件包的源代码包其中包含了特定版本的源代码。这个目录结构是用于存放Linux内核源代码的常见方式尤其是在使用.deb或.rpm包管理系统时。
3.2.0-45 部分通常表示内核的版本号具体格式可能会有所不同但通常包括以下几个部分
主版本号Major Version通常是一个数字表示内核的主要版本。次版本号Minor Version也通常是一个数字表示内核的次要版本。修订版本号Patch Level通常是一个数字表示内核的修订版本。次修订版本号Sub Patch Level在一些情况下可能还会有一个数字表示次修订版本。
例如3.2.0-45 可能表示的是内核版本3.2.0的修订版本45。 Makefile: 这是构建内核时使用的构建系统文件它定义了如何编译和链接内核。 arch: 这个目录包含了针对不同体系结构如x86、ARM等的内核源代码。 block, fs, net, scsi, security, sound, usb 等: 这些目录包含了内核的不同子系统如文件系统、块设备、网络、SCSI设备、安全特性、声音设备和USB设备等。 include: 这个目录包含了内核中使用的头文件。 scripts: 这个目录包含了用于处理内核源代码的脚本如编译脚本、工具脚本等。 Documentation: 这个目录包含了内核的文档包括用户手册、开发者指南等。 samples: 这个目录包含了内核示例代码用于演示如何使用内核功能。 kernel: 这个目录包含了内核源代码的主体即内核代码。 Module: 这个目录包含了内核模块的源代码这些模块可以在运行时加载和卸载。 Documentation/examples: 这个目录可能包含了一些示例代码和配置文件用于演示如何使用内核功能。 1.2 网络协议栈
网络协议栈Network Protocol Stack是操作系统中用于处理网络通信的一组软件层。它定义了网络数据如何在不同网络设备之间传输和交换包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每个层都负责特定的功能共同协作以实现高效、可靠的网络通信。 此图为网络数据在网络协议栈中输入输出 网络协议栈的作用包括 分层架构网络协议栈采用分层设计每层负责不同的功能这种设计使得网络协议更加模块化、可扩展和易于维护。 抽象层网络协议栈为应用程序提供了一个抽象层应用程序不需要了解底层网络硬件和协议的复杂性只需使用简单的接口来发送和接收数据。 协议转换网络协议栈能够处理不同网络协议之间的转换如从TCP/IP协议栈转换到其他协议栈确保数据能够在不同的网络环境中传输。 错误检测和恢复网络协议栈包含错误检测和恢复机制以确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。 地址解析网络协议栈能够将IP地址转换为MAC地址以及将MAC地址转换为IP地址以实现网络设备的通信。 路由和转发网络协议栈负责根据网络拓扑和路由协议将数据包从源地址传输到目标地址。 流量控制网络协议栈可以实现流量控制以避免网络拥塞和数据丢失。 安全性网络协议栈可以提供加密、认证和访问控制等安全特性保护网络通信的安全性。 多路复用网络协议栈支持多路复用技术允许多个应用程序同时使用网络资源提高网络资源的利用率。 性能优化网络协议栈通过各种优化技术如缓存、压缩和分片来提高网络通信的性能。
总之网络协议栈是现代操作系统中不可或缺的一部分它为应用程序提供了一个稳定、可靠和高效的网络通信平台。 1.3 sk_buff结构 sk_buffsocket buffer是Linux内核中用于处理网络数据的一种数据结构它用于存储发送或接收的网络数据包。sk_buff 结构通常与 socket 相关联并且可以被多个 socket 共享。sk_buf 结构用于提高网络性能因为它允许内核缓冲区被多个 socket 重用从而减少了内存分配和释放的开销。 下面是 sk_buff 结构的定义代码
struct sk_buff {struct sk_buff *next; // 指向下一个sk_buff的指针struct sk_buff *prev; // 指向上一个sk_buff的指针// ... 其他字段 ...
};sk_buff 结构的详细成员和作用如下 next: 类型struct sk_buff *作用指向链表中的下一个 sk_buff 结构。sk_buff 结构通常通过 next 和 prev 指针形成一个双向链表以便于内核高效地处理多个网络数据包。 prev: 类型struct sk_buff *作用指向上一个 sk_buff 结构。sk_buff 结构通过 next 和 prev 指针构成一个双向链表以便于内核高效地处理多个网络数据包。 head: 类型struct sk_buff_head *作用指向一个 sk_buff_head 结构该结构用于维护一个 sk_buff 链表。sk_buff_head 结构包含了一个 sk_buff 链表的头节点并提供了插入和删除节点的方法。 tail: 类型struct sk_buff *作用指向链表中的最后一个 sk_buff 结构。 len: 类型unsigned int作用表示数据缓冲区中数据的长度。这个长度不包括缓冲区中的任何填充字节。 data: 类型unsigned char *作用指向数据缓冲区的起始地址。这个指针指向数据缓冲区中的有效数据而不是整个缓冲区。 truesize: 类型unsigned int作用表示数据缓冲区的大小包括数据缓冲区和任何填充字节。 1.4 inet_protosw结构 net_protosw 是一个在 Linux 内核中定义的数据结构它用于表示一个协议的接口该协议通常是一个网络协议栈中的传输层协议。这个结构体是用于描述套接字socket操作的包括创建、接受、发送和接收数据等。
struct inet_protosw {const struct proto_ops *ops; // 协议操作集合struct protocol proto; // 协议类型int type; // 套接字类型SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM等int protocol; // 协议号如TCP为6UDP为17unsigned short flags; // 标志位int bound_dev_if; // 绑定的网络接口void (*init)(struct socket *); // 初始化套接字void (*destroy)(struct socket *); // 销毁套接字int (*connect)(struct socket *, struct sockaddr *, int);// 其他方法
};二.软中断
2.1 什么是软中断 在Linux内核中软中断Soft Interrupt是一种非硬件中断它允许内核代码在不需要CPU硬件中断的情况下执行中断处理代码。软中断通常用于执行一些需要立即执行的任务但不需要立即响应的场合例如网络数据包的处理、磁盘I/O操作等。 2.2 核心数据结构 在Linux内核中软中断使用以下核心数据结构 struct softirq_action: 类型struct softirq_action作用表示软中断的处理函数。每个软中断类型都对应一个处理函数。 struct softirq_desc: 类型struct softirq_desc作用表示软中断的描述符。每个软中断类型都有一个描述符用于管理该类型的软中断。 struct softirq_vec: 类型struct softirq_vec作用表示软中断向量。内核使用软中断向量来管理所有的软中断类型。
软中断守护程序
软中断守护程序Softirq Handler是内核中用于处理软中断的函数。每个软中断类型都有一个对应的守护程序。当软中断被触发时内核会调用相应的守护程序来执行中断处理代码。
软中断映射表
软中断映射表Softirq Vector是内核中用于管理所有软中断类型的数据结构。它是一个数组每个元素都是一个指向软中断描述符的指针。当软中断被触发时内核会根据软中断类型找到对应的描述符并调用其守护程序。 2.3软中断使用方法
在Linux内核中软中断的使用方法如下 注册软中断处理函数: 使用内核API注册软中断处理函数。这些函数在软中断被触发时执行。 触发软中断: 当某个事件发生时内核代码可以触发相应的软中断。这通常是通过调用一个内核API来实现的。 执行软中断处理函数: 当软中断被触发时内核会执行对应的处理函数。这些函数在软中断上下文中运行它们可以执行一些必要的操作如更新状态、发送数据包、处理I/O请求等。 软中断上下文: 软中断处理函数在软中断上下文中运行。这意味着它们不能执行某些操作如阻塞或睡眠因为这可能会导致系统响应性下降。 软中断优先级: 软中断可以有优先级内核可以根据优先级来决定执行哪个软中断。 软中断队列: 内核使用软中断队列来管理软中断。当一个软中断被触发时它会被添加到队列中。内核调度器会定期检查队列并执行队列中的软中断。
示例代码
以下是一个简单的示例代码演示如何在Linux内核中注册和触发软中断
#include linux/module.h
#include linux/kernel.h
#include linux/interrupt.hstatic struct softirq_action my_softirq {.handler my_softirq_handler,
};static void my_softirq_handler(struct softirq_action *h)
{// 执行软中断处理代码
}static int __init my_module_init(void)
{// 注册软中断处理函数request_softirq(MY_SOFTIRQ, my_softirq_handler, NULL);return 0;
}static void __exit my_module_exit(void)
{// 取消软中断处理函数free_softirq(MY_SOFTIRQ);
}module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);MODULE_LICENSE(GPL);
MODULE_AUTHOR(Your Name);
MODULE_DESCRIPTION(Example of using softirq in Linux kernel);分析 tatic struct softirq_action my_softirq {: 定义一个struct softirq_action类型的变量my_softirq它包含了软中断处理函数的指针。 static void my_softirq_handler(struct softirq_action *h): 定义一个函数my_softirq_handler它是软中断的处理函数。h参数是一个指向struct softirq_action的指针用于传递软中断上下文信息。 static int __init my_module_init(void): 定义一个模块初始化函数my_module_init当模块被加载时会执行。 request_softirq(MY_SOFTIRQ, my_softirq_handler, NULL);: 使用request_softirq函数注册软中断处理函数。MY_SOFTIRQ是一个宏代表我们要注册的软中断类型。my_softirq_handler是我们定义的软中断处理函数。NULL参数用于指定软中断处理函数的私有数据。 static void __exit my_module_exit(void): 定义一个模块清理函数my_module_exit当模块被卸载时会执行。 free_softirq(MY_SOFTIRQ);: 使用free_softirq函数注销软中断处理函数。 好啦到这里这篇文章就结束啦关于实例代码中我写了很多注释如果大家还有不懂得可以评论区或者私信我都可以哦 感谢大家的阅读我还会持续创造网络编程相关内容的记得点点小爱心和关注哟
